引導移動幅材的設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于對幅材(22)進行導向的設(shè)備(20)，所述設(shè)備包括：幅材路徑，其具有退出輥(26)和至少一個導向輥(24)，每個輥均具有安裝座；其中，一個或多個導向輥(26)均具有旋轉(zhuǎn)軸，并且其中所述一個或多個導向輥(26)的安裝座能夠以總共兩個自由度來樞轉(zhuǎn)這些軸。存在包括用于監(jiān)控幅材(22)的位置的多個傳感器(30a)的陣列(30)，所述陣列連接至控制器以便確定幅材(22)的位置和角取向。所述控制器調(diào)節(jié)一個或多個安裝座的一次或多次樞轉(zhuǎn)，以便沿著所述幅材路徑在特定點處控制所述幅材(22)的角取向和橫向位置。
【專利說明】引導移動幅材的設(shè)備

【背景技術(shù)】
[0001]總體上，有兩種類型的用于控制移動幅材橫向位置的引導系統(tǒng)。第一種類型的用于控制移動幅材橫向位置的引導系統(tǒng)是被動式系統(tǒng)。被動式系統(tǒng)的例子是凸面輥(也被稱為凸狀輥)，其在中心的半徑比在邊緣的半徑大。凸面輥有效地控制相對于幅材寬度來說相對厚的幅材，諸如，砂帶和傳送帶。另一個被動類型的引導系統(tǒng)是具有凸緣的錐形輥。輥上的錐形將幅材導向凸緣。幅材邊緣接觸凸緣，從而控制幅材的橫向位置。帶凸緣的錐形輥常常被用于控制窄幅材(諸如，錄像帶)的橫向位置。
[0002]然而，被動式引導系統(tǒng)不能引導寬而薄的幅材，因為根據(jù)被動式引導系統(tǒng)的類型，幅材的任何邊緣往往會彎曲或者幅材往往會形成皺紋。為了有效地控制寬而薄的幅材,需要主動式引導系統(tǒng)。
[0003]典型的主動式引導系統(tǒng)包括用于定位幅材位置的感測裝置、機械定位裝置、用于確定所需橫向位置的誤差的控制系統(tǒng)以及從控制系統(tǒng)接收信號并且操縱機械定位裝置的致動器。用于主動地引導薄而寬的幅材的典型控制系統(tǒng)是閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。
[0004]通常，將要被處理的幅材已在之前被卷繞成卷。在卷繞過程期間，幅材沒有被完美纏繞并且通常具有Z形或織物形式的橫向定位誤差。當幅材被退繞時，Z形或織物形誤差再次出現(xiàn)，從而導致橫向幅材定位問題。
[0005]已知的是，通過將第一定位引導件定位為接近第二定位引導件，相對于所選擇的橫向位置控制移動幅材，接著使幅材穿過第一定位引導件，以減少角度和橫向位置誤差。接著，使幅材穿過第二定位引導件，其中，第二定位引導件獨立于具有零反沖的機構(gòu)的第一定位引導件來定位移動幅材。用傳感器在第二定位引導件處感測移動幅材的橫向位置，將在第二定位引導件處幅材的橫向位置發(fā)送給控制器。接著，控制器操縱零反沖致動器，以便控制幅材的橫向位置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]盡管可以用已知技術(shù)以高容差控制幅材的橫向位置，但不可以在沿著幅材路徑所選的點處控制幅材的橫向位置和在那點處的幅材的角取向二者。對于一些應(yīng)用，控制角取向也將是非常有利的。本發(fā)明總體涉及用于控制移動幅材的方法和設(shè)備。更具體地講，本發(fā)明涉及幅材引導設(shè)備，它能夠在控制位置(沿著幅材路徑的選擇位置)處控制幅材的橫向位置以及在此控制位置的幅材的角取向二者。
[0007]現(xiàn)在已確定的是，沿著幅材路徑在同樣的時間和同樣的地點控制移動幅材的橫向位置，在所述位置，也控制幅材的角取向是可能的。這部分地通過提供能夠以兩個自由度進行移動的導向輥來實現(xiàn)。當例如幅材將被圖案化為具有與幅材上的其它特征對準定位的非常精細的特征時，這種控制發(fā)揮大優(yōu)點。
[0008]因此，在一個實施例中，本發(fā)明在于一種對幅材進行導向的設(shè)備，所述設(shè)備包括:幅材路徑，包括退出輥和至少一個導向輥，每個輥均具有安裝座；其中，至少一個導向輥具有旋轉(zhuǎn)軸，并且其中所述至少一個導向輥的安裝座能夠以總共兩個自由度來樞轉(zhuǎn)和/或平移所述旋轉(zhuǎn)軸；包括多個位置傳感器的陣列，用于監(jiān)控所述幅材的位置；控制器，連接至所述陣列，用于確定所述幅材的橫向位置和角取向；兩個致動器，在操作上連接至至少一個導向輥，用于定位所述導向輥，以沿著幅材路徑在特定點處控制所述幅材的角取向和橫向位置。
[0009]在一些便利的實施例中，所述設(shè)備使得所述幅材路徑具有一個導向輥并且該導向輥的安裝座能夠以兩個必備自由度樞轉(zhuǎn)。在其它便利的實施例中，設(shè)備使得所述幅材路徑具有第一導向輥和第二導向輥，并且該第一導向輥和所述第二導向輥的安裝座均可以分別以第一自由度和第二自由度樞轉(zhuǎn)。
[0010]在一些便利的實施例中，所述第一自由度是在預定點圍繞垂直于幅材表面的偏轉(zhuǎn)軸的偏轉(zhuǎn)角度。另外，在一些便利的實施例中，所述第二自由度是在預定點或者可能在不同的預定點圍繞平行于幅材表面的卷軸的滾轉(zhuǎn)角。
[0011]雖然需要的是具有多個位置傳感器的陣列，但一些便利的實施例包括四個傳感器。這是因為，用于控制幅材的橫向位置和角取向的相關(guān)等式需要四個邊界條件來得到正確解。
[0012]在另一個實施例中，本發(fā)明在于一種對幅材進行導向的方法，所述方法包括:提供與幅材相鄰的多個位置傳感器；通過使用移動幅材的橫向動力學的通解解出不止一個位置方程來計算所述幅材的角取向和橫向位置；圍繞垂直于幅材表面的偏轉(zhuǎn)軸移動導向輥；圍繞平行于幅材表面的卷軸移動所述導向輥；將所述幅材引導至沿著幅材路徑在所述導向輥下游的選擇位置。
[0013]一旦考慮了包括“具體實施例”、“實例”和“所附權(quán)利要求書”在內(nèi)的本公開其余部分，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員即會更全面了解本發(fā)明的實質(zhì)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當了解，本發(fā)明的討論僅是針對示例性實施例的描述，其并不旨在限制本發(fā)明的更廣泛的方面，其中更廣泛的方面體現(xiàn)在示例性構(gòu)造中。
[0015]圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的幅材導向設(shè)備的透視示意圖，示出其性能方面的某些限制；
[0016]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的幅材導向設(shè)備的透視示意圖；
[0017]圖3是圖2的幅材導向設(shè)備系統(tǒng)的透視示意圖，具有位置傳感器陣列的一種定位；
[0018]圖4是圖2的幅材導向設(shè)備的透視示意圖，具有位置傳感器陣列的替代定位；
[0019]圖5是幅材導向設(shè)備的替代實施例的透視示意圖；
[0020]圖6是幅材導向設(shè)備的另一個替代實施例的透視示意圖；
[0021]圖7是幅材導向設(shè)備的特定實施例的前視圖；
[0022]圖8是圖7的幅材導向設(shè)備的側(cè)視圖；
[0023]圖9是沿著圖7中的剖面線9-9截取的幅材導向設(shè)備的側(cè)剖視圖；
[0024]圖10是圖7的幅材導向設(shè)備的分解透視圖；并且
[0025]圖11是根據(jù)圖10中的細部11的扭矩管安裝座的細部圖。
[0026]在說明書和附圖中重復使用的參考標號旨在表示本發(fā)明相同或類似的特征或元件。

【具體實施方式】
[0027]現(xiàn)在，參照圖1，示出用于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)引導幅材的幅材導向設(shè)備20p的透視示意圖。圍繞導向輥24p和退出輥26p傳送幅材22。描繪了幅材22眾多可能的取向中的兩個取向:一個取向用實線表不，另一個取向用虛線表不。導向棍24p能圍繞偏轉(zhuǎn)軸“Y”樞轉(zhuǎn)，還描繪了眾多可能的取向中的兩個取向:一個取向用實線表示，另一個取向用虛線表示，每個取向?qū)儆诜?2的相應(yīng)取向。描繪兩個輥之間的幅材邊緣傳感器的黑色箭頭指示沿著正由幅材導向裝置20p控制的幅材路徑的位置，兩個幅材路徑在那一點的橫向位置相同。然而，在控制點處的兩個幅材路徑的角取向不同，除了其它結(jié)果以外，隨著幅材在縱向背離控制點移動，橫向控制惡化。因此，通過黑色箭頭描繪控制點的下游，通過灰色和白色箭頭示出的兩個幅材路徑的橫向位置不再一致。
[0028]現(xiàn)在，參見圖2，在導向引導實施例中示出根據(jù)本發(fā)明的用于引導幅材的幅材導向設(shè)備20的透視示意圖。同樣地，幅材22沿著幅材路徑圍繞導向輥24和退出輥26傳送。并且同樣地，描繪幅材22眾多可能取向中的兩個取向:一個取向用實線表示，另一個取向用虛線表示。但是這次，導向輥24能圍繞偏轉(zhuǎn)軸“Y”和卷軸“R”兩者樞轉(zhuǎn)。描繪了導向輥24的眾多可能取向中的兩個取向:一個取向用實線表示，另一個取向用虛線表示，每個取向?qū)儆谶M入幅材22的相應(yīng)取向。箭頭指示沿著幅材路徑的眾多可能位置中的兩個位置，導向輥可以在那個特定點控制幅材的角取向和橫向位置。換句話說，無論幅材在導向輥之前進入的角取向如何，在退出輥26之前和之后，幅材路徑的橫向位置在控制點處是相同的。因為在控制點處兩個進入幅材的角取向已被校正為是相同的，所以隨著幅材22穿過退出輥26保持相同的橫向控制，不需要考慮在導向輥24之前進入幅材的橫向取向或角取向。
[0029]為了用本發(fā)明實現(xiàn)最好的結(jié)果，能圍繞卷軸樞轉(zhuǎn)的導向輥24需要很小角度的控制。這有利地包括反沖自由旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和致動機構(gòu)，諸如，預加載的軸承或軸襯，或者機械撓曲件。另外，因為幅材角旋轉(zhuǎn)可以是大約0.0001弧度，所以隨著幅材接近導向輥24，使用角度很小的非常準確的測定是有利的。
[0030]現(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)的是，可以通過使用不止一個位置傳感器來計算幅材形狀的準確位置和角度模型。在俄克拉荷馬州立大學(Oklahoma State University)的J.J.Sheltonl969論文的第2章“移動幅材的橫向動力學(Lateral Dynamics of a Moving Web)”得出張緊幅材的大體形狀為四階微分方程式。這種軸向張緊梁的通解具有四個積分常數(shù)。Shelton繼續(xù)向通解應(yīng)用四個穩(wěn)態(tài)邊界條件，以尋求穩(wěn)態(tài)下幅材的特解。Shelton將這種穩(wěn)態(tài)條件描述為“靜態(tài)幅材形狀”，因為幅材的橫向移動是靜態(tài)的，但它在縱向上可以正在移動。
[0031]發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，Shelton的通解可以被應(yīng)用于幅材導向引導件并可以通過以下步驟進行求解:使用四個位置傳感器作為輸入，產(chǎn)生四個獨立的位置方程(每個傳感器的位置對應(yīng)于一個)，接著可以同時對四個獨立的位置方程進行求解，以及時在此瞬間得到幅材橫向位置的準確模型。接著，可以求那個建模解的微分，從而獲得在那個段內(nèi)幅材準確的角取向(旋轉(zhuǎn))模型?？刂破骺梢允褂眠@個橫向位置和角度旋轉(zhuǎn)計算數(shù)據(jù)，以非常準確地控制幅材的橫向位置，以及通過調(diào)節(jié)導向輥(一個或多個)在此過程的后面在某點上控制幅材的角取向。
[0032]Shelton還示出了隨著張力向零降，或者隨著梁剛性變向無窮大，這個通解退化為三次多項式。隨著梁剛性向零降或者隨著張力變向無窮大，這個通解退化為兩個自由度的傾斜線，致使梁表現(xiàn)得更像線絲。Shelton還制定了具有顯著剪力撓曲的軸向張緊梁的通解，其將適用于短的幅材段。因此，可以使用段的長度、幅材的寬度和段中的張力來確定哪個通解是最適合于在那個幅材段建模的。如此，可以將張力傳感器供應(yīng)到控制器，以用作確定應(yīng)該選擇哪個通解來對幅材的位置和取向建模的選擇工具。
[0033]此外，可以假設(shè)，方程式中的一個或多個邊界條件用于減少評估幅材形狀所需的自由度(并且同時要求解出方程式)。因此，也可以使用三個或兩個位置傳感器或者使用或不使用時間導數(shù)進行的測量。使用這種技術(shù)可以導致減少對幅材瞬時橫向位置和角度旋轉(zhuǎn)的了解，但完全可以適用于不需要極限精度的許多幅材處理應(yīng)用。因此，通過向控制器輸入至少兩個、至少三個或至少四個位置傳感器測量結(jié)果并使用用于移動幅材橫向動力學的通解解出兩個、三個或四個位置方程，可以實現(xiàn)使用用于移動幅材橫向動力學的通解解出不止一個位置方程來計算幅材的角取向和橫向位置。反之，五個或更多個傳感器可以與諸如最小平方的已知曲線擬合算法相關(guān)地使用，以從統(tǒng)計學上改善四階通解的擬合，從而降低傳感器噪聲的不良影響。如此，在對幅材形狀(橫向取向和角取向)建模的同時，可以解出使用用于移動幅材橫向動力學的通解的兩個、三個、四個、五個或更多個位置方程。
[0034]傳感器的精度影響可以實現(xiàn)的橫向位置和角度控制的準確性?？紤]適于使用的得自各個銷售商的面積掃描和線性掃描相機，或者LED/CCD光學微米位置傳感器。
[0035]現(xiàn)在，參見圖3，示出圖2的幅材導向設(shè)備的透視示意圖，具有位置傳感器30a的陣列30的一種定位。在這個實施例中，陣列30具有四個位置傳感器30a ;根據(jù)上面的討論，四個是方便的數(shù)字。陣列30被定位在導向輥24的上游。相比之下，現(xiàn)在參見圖4，示出圖2的幅材導向設(shè)備的透視示意圖，具有位置傳感器30a的陣列30’的替代的定位。陣列30’被定位在導向輥24下游。任一種定位可以有效地控制幅材22的橫向位置和角取向。傳感器位置的其它變形形式是可操作的并且被視為在本發(fā)明的范圍內(nèi)，例如，導向輥24的上游的一些傳感器和下游的其它傳感器?？晒┻x擇地，可以提供相機系統(tǒng)，以同時從數(shù)個點獲得數(shù)據(jù)。
[0036]已知用于感測幅材邊緣位置的眾多技術(shù)。這些包括光學的、超聲的、流體的和機械的權(quán)宜之計。雖然這些技術(shù)中的任一種都可以被用于與本發(fā)明結(jié)合地作用，但與直接施用于幅材的跟蹤基準結(jié)合的光學感測被認為是特別適合的。參見圖4，幅材22具有跟蹤基準31并且位置傳感器30a監(jiān)控跟蹤基準的橫向位置?？梢栽诠餐龑彶⑶夜餐茏尩拿绹鴮＠_2010/0187277 “指示幅材位置的系統(tǒng)和方法(Systems and Methodsfor Indicating the Posit1n of a Web) ”、共同待審并且共同受讓的美國專利公開US2009/067273 “在基底上制造基準的設(shè)備和方法(Apparatus and Method for MakingFiducials on a Substrate) ”、共同待審并且共同受讓的美國專利公開US2009/066945“使用幅材基準的相位鎖定幅材位置信號(Phase-locked Web Posit1n Signal Using WebFiducials)”、共同待審并且共同受讓的美國專利公開US2007/088090 “幅材縱向位置傳感器(Web Longitudinal Posit1n Sensor) ”、共同待審并且共同受讓的美國專利公開US2008/067371 “總的內(nèi)部反射位移標尺(Total Internal Reflect1n DisplacementScale) ”以及共同待審并且共同受讓的美國專利公開US2008/067311 “用于制造位移標尺的系統(tǒng)和方法(Systems and Methods for Fabricating Displacement Scales)” 找到關(guān)于這些邊緣感測系統(tǒng)的更多信息。以這些技術(shù)，具有數(shù)十納米位置解的連續(xù)高信號至噪聲的幅材位置反饋是可能的。
[0037]在需要高幅材引導準確度水平的情況下，通常需要相對于工藝操作引導此幅材上的一些特征。例如，需要精確地對準幅材上多層半導體電路上的結(jié)構(gòu)。因此，高度期望的是，與此過程中的第一步結(jié)合地施用跟蹤基準。這允許下游處理中的后續(xù)步驟與之前已施用至幅材的特征對準。另外，即使有變形(由于局部張力或溫度變化導致的暫時變形，或者由于幅材因加工或運輸而產(chǎn)生的永久變形)，施用至幅材的基準將類似地受到影響。這允許更準確地跟蹤特征。
[0038]現(xiàn)在，參見圖5，在位移引導實施例中示出用于引導幅材的替代的幅材導向設(shè)備20a的透視示意圖。在這個實施例中，在兩個不同的輥之中分出兩個自由度。更具體地講，這個實施例包括第一導向棍40和第二導向棍42。在所描繪的實施例中，第一導向棍40和第二導向輥42以及操縱其取向的一些機構(gòu)全部被便利地安裝在偏轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)框架44(為了看得更清楚，在這個圖中示意性地表示旋轉(zhuǎn)框架44)上,所述偏轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)框架44圍繞偏轉(zhuǎn)軸樞轉(zhuǎn)點移動兩個輥。另外便利的表示是進入輥46和退出輥26。在概念上，這將幅材22分成三段，進入段48、位移框架段50和退出段52。將存在位置傳感器陣列(等同于圖3或圖4中的30)并且各個傳感器可以是在三個段48、50和52中的一個上，或者被分到其中不止一個段之中。在所描繪的實施例中，第一導向輥40和第二導向輥42已控制圍繞偏轉(zhuǎn)軸“Y”移動的自由度，并且第二導向輥42已另外地控制圍繞卷軸“R”移動的自由度，所述卷軸“R”是由將所述第二導向輥42連接至偏轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)框架44的卷軸框架(未示出)所提供的。兩個導向輥40和42能一起有效地控制幅材22的橫向位置和角取向，達到沿著幅材路徑在第二導向輥42下游的選擇位置。
[0039]現(xiàn)在，參見圖6，示出側(cè)放實施例中用于引導幅材的替代的幅材導向設(shè)備20b的透視示意圖。如圖5中的實施例中一樣，在兩個不同的輥之中分出兩個自由度。然而，在這種情況下，一個自由度是在幅材橫向方向上的平移移動的自由度。另外，在這個實施例中，具有平移自由度的輥相當于兩個退卷架的功能。更具體地講，這個實施例包括退卷輥60和導向輥62。在所描繪的實施例中，退卷輥60和導向輥62以及操縱其取向的一些機構(gòu)一起被便利地安裝在橫向移動框架64上，為了看得更清楚，這個圖中示意性地表示橫向移動框架64。另外,簡便地表不了未安裝在移動框架64上的退出棍26。在概念上,這將幅材22分成兩段，進入段66和退出段68。將存在位置傳感器的陣列(等同于圖3和圖4中的30)，并且單個傳感器可以是在兩段66和68中的一個上或者被分到兩段66和68之中。在所描繪的實施例中，退卷輥60和導向輥62在幅材橫向方向“L”上均具有受到控制的移動自由度，并且導向輥62圍繞卷軸“R”具有另外受控的移動自由度。導向輥62被以可旋轉(zhuǎn)的方式安裝至橫向移動框架64，以圍繞平行于退卷幅材段66的表面的卷軸旋轉(zhuǎn)。兩個導向輥60和62能一起有效地控制幅材22的橫向位置和角取向，從而將幅材引導至沿著幅材路徑在導向輥62下游的選擇位置。
[0040]現(xiàn)在，參見圖7，示出用于引導幅材120的幅材導向設(shè)備100的具體實施例的前視圖。為了看得更清楚，已省略了可以用于支承所示的幅材導向設(shè)備100的元件的一些常規(guī)類型的普通的架、支架和托架。在這個視圖中，可以看到第一導向輥114，但是第二導向輥116大部分被隱藏在幅材120的后面。更具體地講，120a是幅材120正接近幅材導向設(shè)備100的部分，120b是幅材120已被導向之后正離開幅材導向設(shè)備100的部分。
[0041 ] 在這個具體實施例中，第二導向輥116具有兩個自由度。存在偏轉(zhuǎn)軸致動器122和卷軸致動器124。合適的致動器是線性球螺紋致動器。第二導向輥116被安裝在具有軸承支架132和134的卷軸框架130。卷軸框架130依次被安裝在偏轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)框架135上(圖10)，從而為輥116提供兩個自由度。偏轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)框架135包括多個撓曲件，用于從固定支架懸掛板。通過諸如線性撓曲件聯(lián)軸器的無反沖線性聯(lián)軸器136由卷軸致動器124操縱卷軸框架130。便利地，聯(lián)軸器136沿著致動軸是剛性的，但是使用撓曲件138允許通過圍繞偏轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)導致的致動器角度未對準和橫向移動。便利地，通過硬障礙物將卷軸致動器124的行進限制于盡頭，以確保聯(lián)接的完整性。在這個視圖中，可以看到便利的數(shù)個(最便利的為四個)位置傳感器140中的一個。下面討論的其它圖中將看到其它的位置傳感器。
[0042]現(xiàn)在，參見圖8，示出圖7的幅材導向設(shè)備100的側(cè)視圖。在這個視圖中，示出的四個位置傳感器140沿著位于第一導向輥和第二導向輥之間的幅材間隔開，其中的一個以卷軸致動器124之后的虛線描述。在一些便利的實施例中，支承這些位置傳感器140的托架(未示出)是能調(diào)節(jié)的，使得位置傳感器140可以被準確地瞄準到第一導向輥114和第二導向輥116之間的幅材路徑上。如之前所描述的位置傳感器是合適的。另外，在這個視圖中，看到平臺150，其用作用于定位并保持幅材導向設(shè)備在幅材處理線上的固定支架。便利地將通道152、154和156附接至其上，以賦予剛性。通道154和156也是用于相對于地和/或其它旨在作用于幅材的設(shè)備固定幅材導向設(shè)備100的便利的點。偏轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)框架135包括通過兩對撓曲件182a和182b、184a和184b從平臺150懸掛的板180 (撓曲件182b和184b被隱藏了，但將在圖10中看到它們)。通過分裂安裝環(huán)將包括惰輥軸輥的第一導向輥114安裝至板180。
[0043]現(xiàn)在，參見圖9，示出沿著圖7的幅材導向設(shè)備100的剖面線9-9截取的側(cè)剖視圖。在這個視圖中，可以看見撓曲件182b。設(shè)置在平臺150和板180之間的是扭矩管安裝座190 (圖10)和192，用扭矩管194將它們連接起來。
[0044]現(xiàn)在，參見圖10，示出圖7的幅材導向設(shè)備100的分解透視圖。為了弄清楚如何裝配分離的部件，將參照點A附接至參照點A’，并且類似地，將參照點B、C、D、E和F附接至與它們配對的參照點B’、C’、D’、E’和F’。在這個視圖中，可以理解的是，偏轉(zhuǎn)軸致動器122操縱便利地使用撓曲件202通過聯(lián)軸器200連接至它的板180 (偏轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)框架)的旋轉(zhuǎn)位置。因此，致動器122圍繞偏轉(zhuǎn)軸“Y”旋轉(zhuǎn)第一導向輥114(進入輥)和第二導向輥116(退出輥)二者。聯(lián)軸器200沿著致動軸是剛性的，但使用撓曲件202以允許通過板180的偏轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)移動導致的致動器角度未對準和橫向移動。在一些便利的實施例中，通過硬障礙物將偏轉(zhuǎn)軸致動器122的行進限制于盡頭，以確保聯(lián)接的完整性。
[0045]板180進而兩個導向輥圍繞通過一對撓曲件182和184建立的虛擬樞轉(zhuǎn)點旋轉(zhuǎn)。如所看到的，撓曲件184a和184b設(shè)置在板180的第一側(cè)，其被取向為與第一側(cè)成約45度的角。撓曲件182a和182b設(shè)置在板180相對的第二側(cè)并且被取向為以約O度的角平行于第二側(cè)。因此，板180具有位于板每個角的撓曲件，所述撓曲件將板附接至平臺150，其中，第一對撓曲件以45度角取向被設(shè)置在第一側(cè)，并且第二對撓曲件以O(shè)度取向設(shè)置在相對的第二側(cè)。四條線相交于虛擬樞轉(zhuǎn)點，其中，在板的平面內(nèi)繪制與每個撓曲件相切的一條線。通過這個虛擬樞轉(zhuǎn)點的豎直軸構(gòu)建偏轉(zhuǎn)軸“Y”，當被偏轉(zhuǎn)軸致動器122移動時，板圍繞偏轉(zhuǎn)軸“Y”旋轉(zhuǎn)。
[0046]撓曲件每端處合適的塊式夾具將板180附接至撓曲件的一端并且將撓曲件附接至平臺150上的合適位置。偏轉(zhuǎn)軸致動器122具有通過合適托架附接至板180的工作端，使得其致動線與撓曲件184b的切線約成90度角。這提供了用于使板圍繞偏轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的最大杠桿。
[0047]撓曲件組182a和182b以及撓曲件組184a和184b消除了輥116在除了繞“Y”軸偏轉(zhuǎn)和圍繞“R”軸卷起之外的任何方向的平移移動或旋轉(zhuǎn)移動，撓曲件組182a和182b以及撓曲件組184a和184b彼此分隔開并且如所示出地與扭矩管和卷軸框架130結(jié)合地取向。然而，普通技術(shù)人員將察覺，可以使用諸如預載軸承或軸襯的其他精確元件在限制所有其它平移和旋轉(zhuǎn)的同時為輥提供偏轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)移動。
[0048]在撓曲件184a和184b之間沿著第一側(cè)將扭矩管安裝座190附接至板180。在撓曲件182a和182b之間沿著相對的第二側(cè)將扭矩管安裝座192附接至板180。扭矩管194的每端螺栓連接于在每個扭矩管安裝座內(nèi)的撓曲件組件，這允許扭矩管相對于扭矩管安裝座旋轉(zhuǎn)。如在圖11中看到的，扭矩管安裝座192的細部圖示出一種便利的提供撓曲件200的方式，撓曲件200在沒有反沖的情況下圍繞卷軸“R”旋轉(zhuǎn)移動。每個撓曲件組件具有連接中心錐形部分的三個等距間隔開的撓曲件，所述中心錐形部分終止于用于附接扭矩管的平坦安裝表面。扭矩管安裝座190中的撓曲件組件設(shè)有第二安裝板，第二安裝板用于將卷軸框架130螺栓連接至扭矩管。因此，所示出的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)是很具剛性的，沒有用于控制第二導向棍116圍繞卷軸R卷起的機械反沖。
[0049]另外，在圖10中所示的是控制器212，這種可編程邏輯控制器具有來自每個幅材位置傳感器140的輸入和通向卷軸致動器124的輸出和通向偏轉(zhuǎn)軸致動器122的輸出。PLC可以利用之前所討論的四階微分梁方程式針對位置、速度和力使用PID控制回路，將幅材120引導至所需位置，以通過按受控方式移動致動器進行進一步處理。所需的是，很好地調(diào)諧PID回路并且在可能的情況下使用預測和前饋控制。可以在最終的外回路中使用高級算法，以創(chuàng)建致動器最后的位置指令。所描述的控制技術(shù)對于控制工程師來說是很容易知道的。與致動器和機械組件結(jié)合的被編程控制器移動導向輥，從而在沿著幅材路徑在第二導向輥下游的特定或選擇位置處控制幅材的角取向和橫向位置。
[0050]在不脫離本發(fā)明的實質(zhì)和范圍的前提下，更具體地講，在不脫離所附權(quán)利要求書中所示出的實質(zhì)和范圍的前提下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以實踐本發(fā)明的其他修改形式和變型形式。應(yīng)當理解，多種實施例的方面可以整體地或部分地與多種實施例的其他方面互換或結(jié)合。以上獲得專利證書的專利申請中所有引用的參考文獻、專利或?qū)＠暾埖娜耐ㄟ^一致的方式以引用方式并入本文中。在并入的參考文獻部分與本專利申請之間存在不一致或矛盾的情況下，應(yīng)以前述說明中的信息為準。為了使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠?qū)嵺`受權(quán)利要求書保護的本發(fā)明而給定的前述說明不應(yīng)理解為是對本發(fā)明的范圍的限制，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書及其所有等同形式所限定。
【權(quán)利要求】
1.一種用于對幅材進行導向的設(shè)備，包括: 幅材路徑，包括退出輥和至少一個導向輥，每個輥均具有安裝座；其中，所述至少一個導向輥具有旋轉(zhuǎn)軸，并且其中所述至少一個導向輥的安裝座能夠以總共兩個自由度來樞轉(zhuǎn)和/或平移所述旋轉(zhuǎn)軸； 包括多個位置傳感器的陣列，用于監(jiān)控所述幅材的位置； 控制器，連接至所述陣列，用于確定所述幅材的橫向位置和角取向；以及 兩個致動器，在操作上連接至所述至少一個導向輥，用于定位所述導向輥，以沿著所述幅材路徑在特定點處控制所述幅材的角取向和橫向位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述幅材路徑具有一個導向輥，并且該導向輥的安裝座能夠以兩個自由度樞轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中第一自由度是在預定點處繞垂直于幅材表面的偏轉(zhuǎn)軸的偏轉(zhuǎn)角度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中第二自由度是在預定點處繞平行于幅材表面的卷軸的滾轉(zhuǎn)角。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述導向輥被安裝在卷軸框架上以圍繞所述卷軸旋轉(zhuǎn)，并且其中所述卷軸框架連接至受所述控制器控制的卷軸致動器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述卷軸框架被安裝在偏轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)框架上，并且所述偏轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)框架連接至受所述控制器控制的偏轉(zhuǎn)軸致動器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，包括安裝至偏轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)框架的第一導向輥和第二導向輥，并且還包括將所述第二導向輥附接至所述偏轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)框架的卷軸框架。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述卷軸框架被附接至一對扭矩管安裝座，所述一對扭矩管安裝座定位在所述偏轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)框架上，使扭矩管連接在其間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述扭矩管安裝座各自具有允許所述扭矩管旋轉(zhuǎn)的多個撓曲件。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述偏轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)框架通過多個撓曲件以可旋轉(zhuǎn)的方式連接至支架。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述陣列包括位于所述第一導向輥和所述第二導向輥之間的四個位置傳感器。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述多個位置傳感器中的至少一個在導向輥的上游。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述多個位置傳感器中的至少一個在導向輥的下游。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述陣列包括沿著所述幅材間隔開的四個位置傳感器。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，包括退卷輥，并且其中所述退卷輥和所述至少一個導向輥均被安裝在橫向位移框架上，其中所述至少一個導向輥進一步以可旋轉(zhuǎn)的方式安裝至所述橫向位移框架，以圍繞平行于退卷幅材表面的卷軸旋轉(zhuǎn)。
16.—種對幅材進行導向的方法，包括: 提供與所述幅材相鄰的多個位置傳感器； 通過使用移動幅材的橫向動力學的通解解出不止一個位置方程來計算所述幅材的角取向和橫向位置； 圍繞垂直于幅材表面的偏轉(zhuǎn)軸移動導向棍； 圍繞平行于幅材表面的卷軸移動所述導向輥；以及 將所述幅材引導至沿著幅材路徑在所述導向輥下游的選擇位置。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述多個位置傳感器包括沿著所述幅材間隔開的四個位置傳感器。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中解出不止一個位置方程包括使用移動幅材的橫向動力學的通解解出四個位置方程。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中解出不止一個位置方程包括使用移動幅材的橫向動力學的通解解出兩個位置方程。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中解出不止一個位置方程包括使用移動幅材的橫向動力學的通解解出三個位置方程。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述幅材包括跟蹤基準，并且所述位置傳感器監(jiān)控所述跟蹤基準的位置。
【文檔編號】B65H23/038GK104284855SQ201280062232
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月15日
【發(fā)明者】羅納德·P·斯萬松, 丹尼爾·H·卡爾森, 詹姆斯·N·多布斯, 卡爾·K·斯騰斯瓦德 申請人:3M創(chuàng)新有限公司